[发明专利]粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法、系统及介质

权利要求书

1.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法；

所述粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法，用于放射粒子内放疗介入手术机器人，包括：

医学图像信息获取步骤，获取病灶及其周围一定范围内的三维的医学图像；

医学图像多脏器分割步骤，对医学图像进行多脏器分割，包括在医学图像上对一个或多个器官进行标注，所述器官包括肿瘤病灶；

穿刺针路径规划步骤，基于被标注器官和虚拟入针面板对穿刺针的可行路径进行限制；

放射性粒子辐射剂量计算步骤，对选定大小、材质和活性特征的放射性粒子计算其在体内环境中的辐射剂量；

放射性粒子布源剂量优化步骤，根据粒子的辐射剂量、肿瘤病灶形态和体积，对植入粒子的数量和空间位置进行优化，得到累积辐射剂量满足设定剂量的粒子布源结果；

所述放射性粒子布源剂量优化步骤包括：通过基于模拟退火算法的粒子布源优化方法，得到满足穿刺针路径规划限制和肿瘤病灶内设定剂量的粒子布源方案；

所述通过基于模拟退火算法的粒子布源优化方法，得到满足穿刺针路径规划限制和肿瘤病灶内设定剂量的粒子布源方案包括：

设置目标函数，并根据器官的重要程度为每种器官设置相应的权重因子；

所述目标函数为

Cost＝Cost_PTV+ω_iCost_i+ω_jCost_j+…

其中，Cost_PTV表示计划靶区的优化目标函数，Cost_i和Cost_j分别表示器官i和器官j的优化目标函数，ω_i和ω_j分别表示器官i和器官j的优化权重；

其中，计划靶区的优化目标函数Cost_PTV为

Cost_PTV＝ω₁*ReLU(0.9-S₁)+ω₂*ReLU(1-S₂) +ω₃*ReLU(S₃-0.5)+ω₄*ReLU(S₄-0.25)

其中，ReLU表示激活函数，S₁表示接受100％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，S₂表示至少90％靶区体积接收的辐射剂量与处方剂量的比值，S₃表示接受150％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，S₄表示接受200％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别表示每一项的重要性权重；

其中，器官i辐射剂量目标函数定义为

其中V_i为器官i接受放射粒子辐射的总体积，V′_i表示器官i接受辐射剂量大于该器官最小耐受剂量的体积。

2.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述医学图像多脏器分割步骤包括：

基于已训练的深度学习的多脏器分割模型进行预分割，得到所述医学图像的多脏器预分割结果；

基于Grabcut算法，输入过分割区域和/或前分割区域的标记信息，对所述多脏器预分割结果进行交互优化。

3.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述穿刺针路径规划步骤包括：

基于多脏器分割结果生成被标注器官的碰撞面积；

基于交互界面生成可编辑的虚拟入针面板。

4.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述放射性粒子辐射剂量计算步骤包括：基于蒙特卡罗模拟的粒子辐射剂量计算方法，基于器官组织的各向异性，计算出不同类型及形状的放射源粒子的辐射剂量。

5.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述方法还包括：通过设定模拟退火过程的参数来调整粒子布源优化算法的优化效果。